一种绿色智能除草机器人 |
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| 申请号 | CN201710967257.8 | 申请日 | 2017-10-17 | 公开(公告)号 | CN107509399A | 公开(公告)日 | 2017-12-26 |
| 申请人 | 中国科学院合肥物质科学研究院; | 发明人 | 冯宝林; 路晓波; 王容川; 孔令成; 徐林森; 李露; 施云高; 孙鹏; 赵明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于智能除草设备技术领域，为解决现有除草 机器人 存在智能化程度低、除草后存在 杂草 二次存活可能性的技术问题，提供了一种绿色智能除草机器人，包括载体小车、安装在载体小车下的除草装置和 粉碎 装置以及安装在载体小车上的视觉检测装置和导航装置，所述除草装置在驱动装置的驱动下可沿载体小车横向、纵向移动，所述粉碎装置设置在除草装置的后方，所述载体小车的前方与后方的左右两侧分别对称安装一视觉检测装置。采用本发明对行内和行间的杂草均能精确清除，智能化程度高，而且对清除后的杂草进行二次粉碎后避免了杂草二次存活的可能性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种绿色智能除草机器人，其特征在于：包括载体小车(1)、安装在载体小车(1)下的除草装置(2)和粉碎装置(3)以及安装在载体小车(1)上的视觉检测装置(4)和导航装置，所述除草装置(2)在驱动装置的驱动下可沿载体小车(1)横向、纵向移动，所述粉碎装置(3)设置在除草装置(2)的后方，所述载体小车(1)的前方与后方的左右两侧分别对称安装一视觉检测装置(4)。 |
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| 说明书全文 | 一种绿色智能除草机器人技术领域[0001] 本发明属于智能除草设备技术领域，具体涉及一种绿色智能除草机器人。 背景技术[0002] 杂草与农田作物争夺土壤水分和养分，争夺光照和生长空间，此外还容易滋生病虫，从而导致农作物产量下降。农田传统的除草方法有人工除草、机械除草、物理除草、化学除草等，但这类方法或是效率低下、劳动成本过高，或是难以将杂草清除干净，且存在环境污染、被土壤吸附后造成药物残留，影响后茬作物。 [0003] 随着现代智能技术的发展以及人们环保意识的增强，近年来国内外开展了绿色智能的精确除草方法研究，降低除草剂的使用量，减少对环境的污染。美国伊利诺伊大学的Tony Grift博士和他的学生Nhanael Gringrich开发了一种太阳能除草机器人，可以精确判断出杂草，并用刀切断杂草，然后在杂草切口处喷上除草剂。荷兰Wageningen大学的Tijmen Bakker等设计了一种自动除草机器人，采用柴油机作为动力，具有独立转向系统，可实现四轮转向；采用DGPS和机器视觉导航，机器人能自动获取作物的边界信息，沿作物行线行驶；机器人采用机器视觉技术进行杂草识别。江苏大学根据热效应原理发明了一种激光除草机器人，该机器人由自主移动小车、横向移动装置、激光除草装置和控制系统组成；主视觉系统用来引导车体行驶，从视觉系统负责识别杂草并将其定位，控制系统根据杂草地理位置信息控制小车在作物行中移动前行，横向移动装置是用来控制聚焦透镜在横向的移动，从而聚焦于杂草上，利用激光的热效应将杂草杀死。 [0004] 这些除草机器人都能在一定环境下获得良好的效果，但是没能完全综合绿色环保、智能化、新能源等技术的优势，存在着环境污染、智能化程度低、存在杂草二次存活可能性等问题。 发明内容[0005] 本发明为解决现有除草机器人存在智能化程度低、除草后存在杂草二次存活可能性的技术问题，提供了一种绿色智能除草机器人。 [0006] 本发明采用的技术方案如下: [0007] 一种绿色智能除草机器人，包括载体小车、安装在载体小车下的除草装置和粉碎装置以及安装在载体小车上的视觉检测装置和导航装置，所述除草装置在驱动装置的驱动下可沿载体小车横向、纵向移动，所述粉碎装置设置在除草装置的后方，所述载体小车的前方与后方的左右两侧分别对称安装一视觉检测装置。 [0008] 所述驱动装置包括设置在载体小车下的除草刀具横向传动装置和除草刀具纵向传动装置，所述除草装置安装在除草刀具横向传动装置上，所述除草装置在除草刀具横向传动装置和除草刀具纵向传动装置的联合控制下可沿载体小车横向、纵向移动。 [0009] 所述视觉检测装置，包括图像采集模块、图像传输模块和图像处理模块，所述图像采集模块用于采集图像；所述图像传输模块，用于将采集到的图像信息传输到图像处理模块；所述图像处理模块，用于对采集到的图像进行处理，从而识别农田作物中的杂草。 [0011] 所述车轮采用能够上下弹性伸缩的弹性车轮。 [0013] 本发明的有益效果： [0014] 1、本发明的除草装置在横向和纵向都能够运动，发现杂草后，无论是行间杂草还是行内杂草，都能够进行清除； [0015] 2、本发明的载体小车车轮整体机构能够上下弹性伸缩，适应不同地形，此外还有抱死装置，发现杂草后控制器发出指令抱死车轮，机器人停止运动，实现精确除草； [0016] 3、本发明设有视觉检测装置和导航装置，利用视觉检测装置和导航装置分别采集包含农作物、杂草的区域图像和包含导航信息的行间区域图像，利用彩色空间的特征向量进行杂草识别，杂草识别率高； [0017] 4、本发明的除草机器人附加有粉碎装置，将杂草进行粉碎，避免了除草后存在杂草二次存活可能性，而且不必喷洒除草剂等可能对作物有害的药剂，绿色安全； [0019] 图1为本发明的结构示意图； [0020] 图2为本发明除草机器人整体方案的平台架构图； [0021] 图3为本发明除草机器人的杂草识别模块功能图； [0022] 图4为本发明除草机器人的导航模块功能图； [0023] 图中：1-载体小车，2-除草装置，3-粉碎装置，4-视觉检测装置，5-除草刀具横向传动装置，6-除草刀具纵向传动装置。 具体实施方式[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0025] 如图1所示，一种绿色智能除草机器人，包括载体小车1、除草装置2、粉碎装置3、视觉检测装置4和导航装置。 [0026] 所述除草装置2设置在载体小车1的下方，所述除草装置2由驱动装置驱动，所述驱动装置包括设置在载体小车1下的除草刀具横向传动装置5和除草刀具纵向传动装置5，所述除草刀具横向传动装置5与除草刀具纵向传动装置5垂直设置，所述除草刀具横向传动装置5在除草刀具纵向传动装置5的传动作用下可沿除草刀具纵向传动装置5纵向移动，所述除草装置2安装在除草刀具横向传动装置5上，所述除草装置2在除草刀具横向传动装置5的传动下可沿除草刀具横向传动装置5横向移动，即所述除草装置2在除草刀具横向传动装置5和除草刀具纵向传动装置5的联合控制下可沿载体小车1横向、纵向移动。所述除草装置2在驱动装置的驱动下可对农田作物行内及行间的杂草进行清除。 [0028] 所述视觉检测装置4，用于智能区分作物和杂草，视觉检测装置4包括图像采集模块、图像传输模块和图像处理模块，所述图像采集模块用于采集图像；所述图像传输模块，用于将采集到的图像信息传输到图像处理模块；所述图像处理模块，用于对采集到的图像进行处理，从而识别农田作物中的杂草。所述视觉检测装置4的图像识别算法采用二次分割方法，首先利用植物与土壤颜色的灰度差别进行分割，分割出来植株和杂草，再采用叶子形态学特征将植株和杂草区分出来，为除草机器人提供杂草的位置信息。为了多方位检测除草机器人的工况，在载体小车1的前方与后方的左右两侧分别对称安装一视觉检测装置4。 [0029] 所述导航装置，主要用于路径识别，目前多采用机器视觉导航和GPS导航。 [0030] 所述载体小车1包括车体和位于车体下的车轮，为了能够实现多方位的转动，所述车轮采用万向轮，为便于除草机器人在农田里运动，载体小车1的车轮整体机构可以上下弹性伸缩，适应多种地形，所述车轮采用能够上下弹性伸缩的弹性车轮。此外车轮上具有抱闸装置，需要清理杂草时抱死车轮，进行精确除草。 [0031] 所述载体小车1的上方设有太阳能电池板，太阳能电池板可以作为除草机器人的辅助电源，增加机器人的续航能力。 [0032] 本发明的除草机器人根据导航信息实时导航，在导航的同时利用图像检测装置实时连续检测农作物及其行间行内土壤。一旦识别到杂草，车轮上的抱闸装置将车轮抱死，除草机器人暂停运动，然后通过除草刀具横向传动装置5和除草刀具纵向传动装置5联合运动控制除草装置2进行行内、行间杂草的精确清除，清除后的杂草通过粉碎装置3粉碎并返还土地。完成杂草去除和粉碎后，除草机器人继续运动并实时进行导航和杂草检测，为下一步除草做准备。 [0033] 本发明除草机器人整体方案的平台架构图如图2所示，本发明除草机器人的杂草识别模块功能图如图3所示，除草机器人的导航模块功能图如图4所示。 [0034] 本发明的除草机器人对清除后的杂草进行二次粉碎处理，避免了除草后存在杂草二次存活可能性，而且可以大大减少除草剂等的使用，而且本发明大量引入先进的智能检测技术，是一种绿色智能的新型除草机器人。 |
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